基于PLC控制的智慧教室物联网教学平台的设计

张鹏义+刘昭君

摘 要：目前物联网教学平台一般做成无线通迅模块的实验工具箱。我们选择学生熟悉的教室作为载体，设计出集产品开发、实验教学于一体的可移动物联网教学平台。通过讨论分析智慧教室的功能需求，列出我们所能想到的创新功能，再进行讨论取舍，确定教室的智能改造方案。然后针对每个功能点构建模型，选用合适的PLC控制器来实现各模型功能，通过P-bus协议实现互联通信，最终实现整个教室的智能控制。本产品采用PLC控制平台，利用物联网技术实现教室的灯光自动分配与控制、环境监测与自动调节、安全防盗与远程报警等功能。

关键词：物联网；智慧教室；PLC控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.070

物联网是最近几年比较热门的技术，2009年温家宝总理在江苏无锡视察时提出“感知中国”概念。并将物联网列入五大必争产业制高点之一。物联网产业具有很大发展前景，很多学校都开设了物联网专业，但是缺少适合学生动手操作的物联网实训教学平台。我们想利用物联网技术实现教室的智能控制，为此我们选择学生熟悉的教室作为载体，设计出集产品开发、实验教学于一体的可移动物联网教学平台。

1 教学平台组成

教学平台实物如右图所示，整个教学平台分为三个部分，上半部分为教室灯光分配及远程报警示意图，主要包括各种指示灯。中间部分为控制面板与传感器展示区，主要包括风控面板、九键面板、光敏传感器、红外传感器、温湿度传感器、多功能触摸屏等。下半部分为模块展示区，主要包括PLC控制器，交流接触器，继电器等，各模块之间通过不同颜色的导线连接以实现电路控制功能。

2 教学平台工作原理与实现功能

平台以PLC控制器为核心，通过温度、湿度采集，光照探测，红外检测及无线接收等模块采集教室内部信息，利用物联网技术实现教室灯光节能控制，窗帘自动开启，教室环境自动调节，教室安全监控与报警等功能。

2.1 教室的灯光自动分配与控制

系统可以根据管理要求，对每一路照明系统进行单独的供电和断电控制，根据作息制度自动开关灯，能自动的根据教室内的光照度、人数以及课程表和作息制度对教室内的照明进行控制；系统软件可以实时显示每路照明系统的使用状态。还可以通过平台对照明进行手动的远程控制。可以通过校园网络，跟平台相联接，可以将设备检测到的教室人数、开灯数等信息上传到平台上。根据室内人数和光照度控制亮灯的数量，实现按需照明，大教室采用人数计数分区控制方式，中小教室采用静止人体感应集中控制方式。在正常上课时间，系统根据标准点的光照度信息，判断是否需要给所有教室的照明系统供电，对于光照强度比较特殊的教室，系统根据该教室的光照度参数判断是否需要单独对该照明系统供电。系统可以在下课时间断开所有教室照明系统供电，而在上课时间再恢复照明用电供电，并且需要在教室按动手动开关来恢复教室照明，无人教室虽然照明系统有电，但仍不会工作。

2.2 教室的环境监测与自动调节

教室里安装多个不同类型的传感器，例如温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、红外传感器、烟雾及CO2等气敏传感器。能够实时监测室内的温湿度、光照度、CO2浓度等空气质量参数。当检测到教室里的温度高于设定值时，系统会执行打开电风扇的指令，实现教室温度调节功能；当检测到教室光照太强时系统会执行关闭电动窗帘的指令，满足学生看清黑板的需求，而当教室光线不足的时候，系统又会执行打开电动窗帘的指令，从而补足光照；另外就是当检测到空气中CO2浓度较大的时候，系统会执行打开通风装置的指令，实现教室换气功能。

2.3 教师的安全防盗与远程报警

当启动关门布防功能后，如果有区域灯具没有关掉，门窗没有关闭的地方都会在软件上显示出来。如果晚上有人入侵教室开启门窗或者灯光就会触发报警。即使不开启灯具门窗，由于红外检测到有人进入教室，还是会触发报警，系统通过短信功能将报警信号发送给夜间值班人员，如果是灯具或门窗没有关闭，值班人员可以在收到报警信号后通过手机软件或者短信给主机发送关闭灯具指令。

2.4 联网功能

系統使用的PLC控制器上面具有网络通信端口，将控制器与电脑服务器都安置在同一个路由器的同一网段即可使用手机触摸屏还有服务器去控制。

在学校，课堂教学环节是学生接受系统教育最重要的一环。传统的教室已经不适应现代化教学的需要，基于物联网技术集智慧教学、环境智能调节及远程控制于一体的新型现代化智慧教室系统在逐步的推广运用。智慧教室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，给教育行业带来了新的机遇。

参考文献：

[1]刘臻.智慧校园的物联网基础架构研究[J].武汉大学学报，2012.

[2]周浪.一种基于物联网的智慧教室方案的设计与实现[J].无线电通信技术，2014.

作者简介：张鹏义（1984-），男，江苏淮安人，本科，讲师，主要研究方向：电子技术应用、计算机检测维修。endprint